静摩擦力的高端备课

董友军

静摩擦力，是现实生活中最常见的力，也是高考试题中最常考的知识内容。运用实验探究静摩擦力的规律，是物理教学的基本思路，也是物理研究的常用方法。对静摩擦力进行高端备课，有助于教师在教学上有所启发，为学生在理解概念提供帮助。

一、教材分析

人民教育出版社2010年4月第3版物理1必修第三章第3节为摩擦力，是该章教学重点，也是该章教学难点。人教版教师用书把该节内容课时设置为3节，静摩擦力的课时应该为其中1节。教材首先给出摩擦力的定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力。再用图1小孩推箱子图片，引导学生去体验，箱子没有推动，箱子与地面仍然保持相对静止，但箱子有相对地面运动的趋势，得出静摩擦力的概念：由于这时两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动，所以这时的摩擦力叫做静摩擦力。随后直接给出静摩擦力的方向：静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。接着用二力平衡的知识，分析相对于地面静止的物体受到的静摩擦力随推力的增大而增大，并与推力的大小保持相等。接着观察演示实验，如图2所示，用弹簧测力计拉木块，拉力逐渐增大，木块一直保持静止，当拉力大于某个值时，木块开始运动，认真观察会发现拉力突然变小，从而得到最大静摩擦力Fmax的概念，进而得出静摩擦力的范围0﹤F≤Fmax。最后说一说，介绍日常生活和生产中的利用静摩擦力的实例，如图3。

通过以上分析，发现如下四个问题：1. 初中人教版教材没有就“摩擦”“相对运动的趋势”“静摩擦力”这三个概念作出解释，而高中必修1课中直接给出这三个概念，造成学生出现认知困难。2. 研究一个力，应该知道这个力的三要素，但教材只分析了静摩擦力的方向和大小，并没有指出静摩擦力的作用点。3. 分析静摩擦力的大小时，没有指出使用的方法——平衡法，不利于培养学生的迁移能力。4.说一说中，只列举了静摩擦力有利的一面，没有列举有弊的一面，缺乏辩证思维。

二、高端备课

由于教材存在上述问题，笔者从高端备课的视角，优化教学流程，突显科学方法，重视实验探究，关注知识应用，提倡动手制作，对“静摩擦力”进行符合物理教学规律、适合学生认知规律、适应高考试题特点、强化学生动手能力的构建，其教学流程如图4所示。

高端备课的教学流程更加注重教学逻辑的严谨性，认知规律的梯度性，有助于学生理解静摩擦力的规律，提升学生应用静摩擦力的能力。根据教学流程图，实施以下教学环节。

1. 用比较法理解摩擦的概念。教师首先用图片展示三种现象，如图5所示。第一张图片，物体B对物体A有压力，物体B相对于物体A有相对运动。第2张图片，物体B对物体A有压力，B相对于A无相对运动。第3张图片，物体B对物体A有压力，物体B相对于物体A无相对运动。第2张图片与第3张图片的物体B都处于静止状态，但是，若物体A的上表面光滑，则第2个图的物体B还是静止，而第3张图片的物体B就会沿物体A斜向下滑动。在物理学中，把第3张图片中的物体B的状态称为有相对运动趋势的状态。假设物体A的上表面光滑， 物体B沿物体A斜向下滑动的方向称为相对运动趋势的方向；把有相对运动和有相对运动趋势的状态统称为摩擦。通过这样的对比观察，学生弄清了相对运动趋势的方向，消除了头脑中对摩擦的狭义理解，为理解静摩擦力的概念、判断静摩擦力的方向理顺了思维通道，起到了分解教学难点，降低教学难度的作用。

2. 体验法感知静摩擦力的存在。要求全班学生轻推自己的课桌，虽然手对课桌有推力，但课桌保持静止，让学生感受静摩擦力的存在。设置课堂“随手实验”，学生容易参与，体验真切，使课堂充满活力，让物理知识从书本走向生活。学生有了自身的体验，再去分析静摩擦力，感受就会更深刻，理解就会更容易，符合认知规律。

3. 观察法找到静摩擦力的作用点。静摩擦力为接触力，没有接触就没有静摩擦力。通过体验手推课桌，理解静摩擦力的作用点产生在课桌和地面的接触部分。作用点虽然容易理解，但教材没有指出作用点的位置，导致静摩擦力知识体系缺乏完整性。任何一个力都有三要素，包括力的作用点、方向、大小，三个要素缺一不可，没有主次之分，研究力时都应该说清楚，切不可因为简单而不提及。

4. 平衡法得到静摩擦力的方向和大小。课桌在水平面上受到手的推力和地面对课桌的静摩擦力而保持静止，在水平面上处于平衡状态，根据二力平衡的规律，这两个力必须大小相等、方向相反，故可知静摩擦力的方向与推力的方向相反，即与相对运动趋势的方向相反，静摩擦力的大小等于推力的大小。平衡法是解决物理问题的常用方法，教师指出使用的方法，便于学生运用。

5. 实验探究：通过实验探究，发现存在最大静摩擦力，只有拉力大于最大静摩擦力时，物体才开始滑动，开始运动瞬间，拉力会突然减小，即有滑动摩擦力略小于最大静摩擦力。利用控制变量法，在图2的木块上加砝码，即只增大压力，而保持接触面的粗糙程度不变，会发现最大静摩擦力随压力增大而增大。实验探究是研究物理的重要手段，也是学习物理过程中，必须养成的核心素养。

6. 辩证思维：静摩擦力本身没有好坏之分，但在生产和生活中，静摩擦力有时对人们有帮助，有时对人们有危害。教师在列举实例时，既要举出利用静摩擦力的实例，也要举出防止静摩擦力危害的实例。让学生明白，任何事物都有两面性，只有优点而没有缺点的事物是不存在的。

7. 动手制作：提供一根筷子，一个纸杯、一杯大米，要求学生用筷子把纸杯提起来。引导学生用学过的静摩擦力知识加以解释：筷子对与其接触的米粒有向上的静摩擦力，所以接触筷子的米粒没有滑下去；没有与筷子接触的米粒与米粒之间也有静摩擦力，所以整杯大米没有滑下去；与纸杯接触的大米对纸杯有向上的静摩擦力，所以纸杯没有滑下去，这样就实现了筷子提杯。学生通过动手体验，对静摩擦力的理解更深刻。

三、备课反思

1. 查阅初中教材，关注知识衔接。笔者查阅了人教版初中“摩擦力”一节，初中教材并没有给出 “相对运动趋势”的概念，而高中教材直接出现“相对运动趋势”，因此造成了学生认知困难，学生普遍反映静摩擦力方向难以判断。很多高中教师没有去查阅初中教材，被高中教材的“同学们在初中已经知道”这句话所误导，因而在高中阶段没有向学生分析相对运动趋势，因此判断静摩擦力的方向就变成了教学难点。

2. 给出摩擦概念，消除矛盾认识。在高一学生头脑中，普遍认为“摩擦”就是有“相对运动”。现在高中突然出现“静摩擦力”，其中“摩擦”是指有相对运动，而其中的“静”是指没有相对运动，显然出现“逻辑矛盾”！因此，高端备课先通过对比得出“摩擦”的概念，使学生更容易理解静摩擦力产生的条件，以及静摩擦力的方向。这样处理，符合物理教学逻辑，适应学生认知规律，降低了教学难度，突破了教学难点。

3. 实验探究规律，培养科学素养。创设实验，探究静摩擦力的大小，发现静摩擦力存在最大值，称为最大静摩擦力。既然发现了最大静摩擦力，就要更进一步探究静摩擦力的大小与什么因素有关。采用“控制变量法”，探究出最大静摩擦力随压力增大而增大的关系。通过实验探究，消除科学研究的神秘感，培养学生物理学的核心素养。

4. 显化物理方法，培养物理思维。高端备课运用比较法让学生分辨相对运动与相对运动趋势的含义，并总结出摩擦的概念，运用体验法让每一个学生去感知静摩擦力的存在，运用观察法找到静摩擦力的作用点，运用平衡法研究静摩擦力的方向和大小，运用控制变量法得出最大静摩擦力随压力的关系。教师只有指出使用的方法，才有利于学生知识和技能的迁移，从而使教学效果产生质的飞跃。

5. 强化课堂制作，培养动手能力。不少教师的课堂是物理公式的天下，缺乏课堂制作设计，学生的动手能力不断被弱化。教师在教完物理知识后，应该创设一些小制作，引导学生应用刚学的物理知识进行解释，让学生“学中有玩，玩中促学”。

责任编辑 罗 峰